[發(fā)明專利]微型固體化學(xué)推進器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210140138.2
• 申請日: 2012-05-06
• 公開（公告）號: CN102705107A
• 公開（公告）日: 2012-10-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 謝建兵;申強;李小平;張和民;常洪龍
• 申請（專利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: F02K7/00
• 分類號: F02K7/00
• 代理公司: 西北工業(yè)大學(xué)專利中心 61204
• 代理人: 呂湘連

所屬領(lǐng)域：

本發(fā)明涉及了一種微型固體化學(xué)推進器，用于微型空間飛行器的位置保持、姿態(tài)控制、引力補償和軌道調(diào)整等，屬于微推進技術(shù)和微機電系統(tǒng)(MEMS)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

推進系統(tǒng)是大多數(shù)航天器的關(guān)鍵子系統(tǒng)，主要用于航天器的位置保持、姿態(tài)控制、引力補償和軌道調(diào)整等。隨著微型航天器，如微衛(wèi)星、納衛(wèi)星、皮衛(wèi)星技術(shù)的不斷成熟，若需要微型航天器完成某些特殊任務(wù)，如衛(wèi)星編隊飛行，則需要給這些微型航天器配備推進系統(tǒng)。由于傳統(tǒng)的推進系統(tǒng)體積和質(zhì)量都比較大，不能適用于微型航天器，因此迫切需求適合于微型衛(wèi)星的高可靠性、低功耗、微推力、微沖量的微型推進系統(tǒng)。

基于MEMS技術(shù)的微型推進器在結(jié)構(gòu)上對傳統(tǒng)的推進器進行了改進，在工藝上結(jié)合了微納米及微細加工技術(shù)，具有易實現(xiàn)小型化、集成化、低功耗等優(yōu)點，因此成為微推進系統(tǒng)的重要研究方向。在Zhang?K?L等人報道的“Development?of?a?solid?propellant?microthruster?with?chamber?and?nozzle?etched?on?a?wafer?surface”以及“A?MEMS-based?solid?propellant?microthruster?with?Au/Ti?igniter”,參見圖1和圖2，提出一種采用DRIE工藝，利用硅和玻璃鍵合而成的微型推進器，微型推進器包括硅結(jié)構(gòu)層和玻璃層，硅結(jié)構(gòu)層有噴嘴3、燃燒室4和下導(dǎo)線槽5，上導(dǎo)線槽6；玻璃層上包括點火器9、上點火導(dǎo)線10，下點火導(dǎo)線11，該推進器采用DRIE工藝得到燃燒室4、噴嘴3和導(dǎo)線槽5，采用金屬濺射及刻蝕工藝得到點火器9和點火導(dǎo)線10。這種推進器的點火槽在硅表面呈直角形式，在硅表面鍵合面積一定的情況下，點火槽表面積越大，玻璃和硅表面鍵合難度越大；噴嘴的喉部與進氣口、出氣口相交成尖角，導(dǎo)致噴出氣體的邊界層增大，難以產(chǎn)生更大的推力；而在玻璃板上的點火電阻采用單根的設(shè)計形式，單根設(shè)計形式的點火器通電后在點火器線寬最窄處發(fā)熱溫度最高，容易產(chǎn)生熔斷現(xiàn)象，導(dǎo)致點火器不可逆失效，因此Zhang等人提出的推進器的點火槽結(jié)構(gòu)存在硅玻鍵合難度大，氣體邊界層增大而無法增大推力，點火器可靠性低等問題。

發(fā)明內(nèi)容：

本發(fā)明的目的是：為克服現(xiàn)有微型推進器技術(shù)中硅玻鍵合工藝難度大，氣體邊界層大而無法增大推力以及點火器可靠性低的缺點，本發(fā)明提出一種采用硅片和耐熱玻璃通過鍵合工藝形成微型推進器。

如圖3所示，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：微型固體化學(xué)推進器，包括鍵合的上層硅片1和下層玻璃片7；所述上層硅片1表面2內(nèi)凹形成燃燒室4和噴嘴3；燃燒室4和噴嘴3連通處的喉部為曲率半徑為R的圓弧，喉寬r滿足：r=R；燃燒室4相對兩側(cè)分別有直線形的下導(dǎo)線槽5和上導(dǎo)線槽6；下導(dǎo)線槽5和上導(dǎo)線槽6的深度小于燃燒室4和噴嘴3的深度；所述下層玻璃片7由耐熱玻璃8和其上的點火電路結(jié)構(gòu)組成，點火電路結(jié)構(gòu)包括與燃燒室4相應(yīng)位置處的點火器9，點火器9為多根并聯(lián)點火器；點火器9兩端分別連有位于下導(dǎo)線槽5內(nèi)的上點火導(dǎo)線10和位于上點火槽6內(nèi)的下點火導(dǎo)線11；上點火導(dǎo)線10和下點火導(dǎo)線11與上層硅片1相應(yīng)區(qū)域外的上焊盤12和下焊盤13連接；上點火導(dǎo)線10和下點火導(dǎo)線11的厚度小于下點火槽5和上點火槽6的深度，使得上層硅片1與下層玻璃片7上的點火器9、上點火導(dǎo)線10、下點火導(dǎo)線11、上焊盤12和下焊盤13非接觸。

工作時，通過上焊盤12、下焊盤13、上點火導(dǎo)線10、下點火導(dǎo)線11給位于燃燒室4內(nèi)的點火器9通電，點火器9溫度升高達到燃燒室4內(nèi)燃料的點燃溫度，燃料點燃，燃燒室4內(nèi)壓強增大，氣體通過噴嘴3噴出，產(chǎn)生推進效果。

本發(fā)明的有益效果是：點火槽在硅表面呈直線形式，在相同的點火槽寬度和鍵合面積下，直線型的點火槽使得硅玻鍵合難度降低；喉部加工成具有一定曲率半徑的圓弧并使之與進氣口、出氣口的邊界相切，減小氣體邊界層，提高器件的推力；采用多根電阻并聯(lián)設(shè)計形式的點火器增大了與推進劑的接觸面積，擴大加熱區(qū)域，不因一根點火器的熔斷致使整個器件功能失效，提高了點火器的可靠性

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。

附圖說明

圖1是現(xiàn)有技術(shù)中MEMS推進器燃燒室和噴嘴結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是現(xiàn)有技術(shù)中MEMS推進器點火電路結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明中的微型固體化學(xué)推進器結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是實施例中的上層硅片結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是實施例中的下層玻璃片結(jié)構(gòu)示意圖；